Износ контактов

В разборных контактах слабым местом оказывается болтовое соединение. Болт, стягивающий детали, практически не проводит тока, и вследствие кратковременности процесса короткого замыкания можно считать, что температура болта не изменяется. Тепловое расширение токоведущих деталей вызовет дополнительное напряжение, которое, складываясь с напряжением затяжки болта, может привести к остаточным деформациям и ослаблению контактного соединения после его остывания. Поэтому болтовые контактные соединения должны проверяться на дополнительные механические напряжения, возникающие в болтовом соединении при коротком замыкании.

Для коммутирующих контактов характерны:

• Момент замыкания
• Замкнутое положение
• Момент размыкания

При коротких замыканиях возникает опасность сваривания контактов при нахождении их в замкнутом положении (при сквозном токе короткого замыкания) и тем более в момент замыкания (включение на короткое замыкание).

При коротком замыкании происходит не только резкое увеличение тока, но и увеличение переходного сопротивления контакта из-за ослабления контактного нажатия, вызываемого электродинамическими силами. Тепловая энергия, выделяемая в месте контакта и равная:

                                              (3)

резко возрастает и может вызвать расплавление и сваривание контактов. На практике вследствие кратковременности коротких замыканий такое явление наблюдается редко. Сваривание замкнутых контактов происходит, как правило, за счет электродинамического отброса, когда электродинамические силы равны контактному нажатию или превосходят его. Возникающая при отбросе контактов дуга вызывает большое оплавление рабочих поверхностей и их сваривание при замыкании.

Для определения минимального тока, при котором происходит сваривание контактов, можно пользоваться следующей опытной формулой:

                                          (4)

где I — допускаемая амплитуда ударного тока, А; P — контактное нажатие, Н; K — коэффициент, зависящий от материала контактов и числа точек соприкосновения (приведен в табл.1).

Таблица 1

Тип контакта	Материал	К, А/Н0,5
Пакетно-пластинчатый	Медь — латунь	300 - 400
Рычажный (ламельный)	Медь — медь	410
Несамоустанавливающийся	Латунь— латунь	505
Рычажный (ламельный)	Медь — латунь	575
Самоустанавливающийся	Медь — латунь	550
Розеточный (на один элемент розетки)	Медь — медь	600

При включении на короткие замыкание вероятность сваривания контактов возрастает как за счет возможного дребезга, так и за счет меньшего нажатия (в момент соприкосновения контактное нажатие равно начальному Pн ).

При отключении токов короткого замыкания происходит сильное выгорание и оплавление контактов. Снижение износа дугогасительных контактов достигается применением дугостойких материалов и быстрым перемещением дуги по контактам.

 

6. Материалы для контактных соединений

 

От материала контакта в сильной степени зависят его срок службы и надежность работы. К этим материалам предъявляются следующие основные требования: они должны обладать высокой электрической проводимостью и теплопроводностью, быть устойчивыми против коррозии и иметь токопроводящую окисную пленку, быть дугостойкими, т. е. иметь высокую температуру плавления и испарения, быть твердыми, механически прочными и легко поддаваться механической обработке, иметь невысокую стоимость. Перечисленные требования противоречивы, и почти невозможно найти материал, который удовлетворял бы всем этим требованиям.

Для контактных соединений применяются следующие материалы:

1. Медь. Удовлетворяет почти всем перечисленным выше требованиям, за исключением коррозионностойкости. Окислы меди имеют низкую проводимость. Медь — самый распространенный контактный материал, используется как для разборных, так и для коммутирующих контактов. В разборных соединениях применяют антикоррозионные покрытия рабочих поверхностей.

В коммутирующих контактах медь применяется при нажатиях свыше 3 Н для всех режимов работы, кроме продолжительного. Для продолжительного режима медь не рекомендуется, но если она применена, то следует принять меры по борьбе с окислением рабочих поверхностей. Медь может использоваться и для дугогасительных контактов.

При малых контактных нажатиях (Р < 3 Н) применение медных контактов не рекомендуется.

2. Серебро. Очень хороший контактный материал, удовлетворяющий всем требованиям, за исключением дугостойкости при значительных токах. При малых токах обладает хорошей износостойкостью. Окислы серебра имеют почти такую же проводимость, как и чистое серебро. Серебро применяется для главных контактов в аппаратах на большие токи, для всех контактов продолжительного режима работы, в контактах на малые токи при малых нажатиях (контакты реле, контакты вспомогательных цепей). Серебро обычно применяется в виде накладок - вся деталь выполняется из меди или другого материала, а на рабочей поверхности контакта приваривается серебряная накладка.

3. Алюминий. По сравнению с медью обладает значительно меньшей проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую окисную пленку, что существенно ограничивает его применение. Может использоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Для этого контактные рабочие поверхности серебрятся, меднятся или армируются медью. Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алюминия, вследствие чего соединения могут со временем ослабнуть и контакт нарушится.

Для коммутирующих контактов алюминий непригоден.

4. Платина, золото, молибден. Применяются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют окисных пленок. Контакты из этих металлов имеют малое переходное сопротивление. Для повышения износостойкости применяют сплавы из платины с иридием.

5. Вольфрам и сплавы из вольфрама. При большой твердости и высокой температуре плавления обладают высокой электрической износостойкостью. Вольфрам и сплавы вольфрам — молибден, вольфрам — платина, вольфрам — платина — иридий и другие применяются при малых токах для контактов с большой частотой размыкания. При средних и больших токах они используются в качестве дугогасительных контактов на отключаемые токи до 100 кА и более.

6. Металлокерамика — механическая смесь двух практически не сплавляющихся металлов, получаемая методом спекания смеси их порошков или пропиткой одного расплавом другого. При этом один из металлов имеет хорошую проводимость, а другой обладает большой механической прочностью, является тугоплавким и дугостойким. Металлокерамика, таким образом, сочетает, высокую дугостойкость с относительно хорошей проводимостью. Наиболее распространенными композициями металлокерамики являются: серебро — вольфрам, серебро — молибден, серебро — никель, серебро — окись кадмия, серебро — графит, серебро — графит — никель, медь — вольфрам, медь — молибден и др. Применяется металлокерамика в качестве дугогасительных контактов (композиции с серебром в основном для переменного тока) на средние и большие отключаемые токи, а также как главные контакты на номинальные токи до 600 А.

 

Список используемой литературы

 

1. Хольм Р. Электрические контакты.-М.: Изд-во иностр.лит,1961.- 464 с.

2. Бойченко В.И., Дзекцер  Н.Н. Контактные соединения токоведущих шин.-Л.: Энергия, 1978.- 144 с.

3. Мерл В. Электрические  контакты.- М-Л.: Госэнергоиздат, 1962.- 72 с.

4. Бредихин А.Н., Хомяков  М.В. Электрические контактные соединения.-М.: Энергия, 1980.- 168 с.

5. Домкин Н.Б. Контактирование  шероховатых поверхностей. - М.: Наука, 1970.- 227 с.

6. Электрический справочник  в 3-х т. Т.2. Электротехнические устройства. Под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, Л.А. Жукова и др. – М.: Энергоиздат, 1981.- 640 с.

7. Основы теории электрических аппаратов. Под общ. ред. И.С. Таева. –М. :Высшая школа, 1987.- 352 с.

8. Буткевич Г.В. Дуговые процессы при коммутации электрических цепей. –М.: Высшая школа, 1967.- 195 с.

9. Усов В.В. Металловедение электрических контактов. – М.-Л.: Госэнерго - издат, 1963.- 208 с.